Устройство защиты радиоэлектронной аппаратуры от высоковольтных импульсных помех

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей и повышении надежности. Устройство содержит две ступени защиты: на полупроводниковом ограничителе напряжения (ПОН) и на варисторе. При пробое ПОН схема управления тиристорным ключом начинает подсчет количества электричества, прошедшего через ПОН после пробоя, и при превышении заданного порога включает с помощью тиристорного ключа варистор, который пропускает ток, вызванный импульсом помехи, и обесточивает ПОН, тем самым не допуская его сгорания. Варистор имеет тепловую связь с автоматическим выключателем и, при нагревании варистора выше определенного порогового значения, автоматический выключатель срабатывает и отключает сетевое напряжение от нагрузки и устройства защиты. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, а более точно к устройствам защиты радиоэлектронного оборудования и электрооборудования от перенапряжений в сети электропитания.

Известно устройство защиты от импульсных перенапряжений (Заглядин Н. Узел защиты радиоаппаратуры. Журнал «Радиолюбитель», 1996 г., №7, с.20), содержащее сетевой тепловой предохранитель, подключенную параллельно нагрузке цепочку полупроводниковых ограничителей напряжения с последовательно с ними включенным измерительным резистором (выполняющим функции датчика тока), подключенный параллельно нагрузке тиристорный ключ с управляющим входом, причем точка соединения ограничителя напряжения и измерительного резистора подключена к управляющему входу тиристорного ключа. Тиристорный ключ включается при достижении на измерительном резисторе заданной величины напряжения и форсированно выжигает предохранитель, включенный в защищаемую сеть, отключая при этом нагрузку. Это устройство выбрано в качестве прототипа.

Это устройство-прототип предохраняет нагрузку от высоковольтных импульсных помех, однако имеет существенные недостатки: устройство срабатывает уже при незначительной длительности высоковольтных импульсов помехи (10-20 микросекунд), при этом форсированно сгорает предохранитель и отключает нагрузку от электросети, что в ряде случаев недопустимо.

Предлагаемое устройство позволяет исключить указанные недостатки.

Таким образом, техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей устройства защиты и повышение надежности устройства защиты.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что устройство защиты радиоэлектронной аппаратуры от высоковольтных импульсных помех содержит первую и вторую входные клеммы, первую и вторую выходные клеммы, автоматический выключатель, ограничитель напряжения, датчик тока, тиристорный ключ с управляющим входом, причем сеть электропитания подсоединена к первой и второй входным клеммам, нагрузка подсоединена между выходными первой и второй клеммами, автоматический выключатель подсоединен между первыми входной и выходной клеммами, тиристорный ключ с управляющим входом и цепочка из последовательно соединенных ограничителя напряжения и датчика тока подсоединены между первой и второй выходными клеммами параллельно нагрузке, точка соединения ограничителя напряжения и датчика тока соединена с управляющим входом тиристорного ключа (далее следуют отличительные признаки), предлагаемое устройство содержит также варистор высокой мощности и схему управления тиристорным ключом, автоматический выключатель имеет средство для выключения при нагревании, причем корпус варистора имеет тепловую связь с автоматическим выключателем, варистор включен между первой выходной клеммой и тиристорным ключом, а схема управления тиристором включена между управляющим входом тиристорного ключа и точкой соединения ограничителя напряжения и датчика тока.

Сущность изобретения заключается также в том, что указанная схема управления тиристорным ключом содержит интегрирующий узел, определяющий количество электричества, протекшее по ограничителю напряжения с момента начала его пробоя.

Сущность изобретения заключается также в том, что указанный интегрирующий узел представляет собой RC цепочку.

Изобретение будет понятно из нижеследующего описания, которое иллюстрируется чертежом.

На чертеже обозначено:

1 - Электрическая сеть;

2 - первая входная клемма;

3 - первая выходная клемма;

4 - вторая входная клемма;

5 - вторая выходная клемма;

6 - нагрузка (радиоэлектронная аппаратура);

7 - автоматический выключатель;

8 - варистор;

9 - тепловая связь автоматического выключателя и варистора (показана пунктиром);

10 - ограничитель напряжения;

11 - тиристорный ключ;

12 - управляющий вход тиристорного ключа;

13 - схема управления тиристорным ключом;

14 - датчик тока;

15 - точка соединения ограничителя напряжения и датчика тока.

Устройство защиты радиоэлектронной аппаратуры от высоковольтных импульсных помех подключено к сети 1 электропитания (чертеж), причем напряжение электропитания подается между первой входной клеммой 2 и второй входной клеммой 4. Нагрузка 6 (радиоэлектронная аппаратура) подключена между первой выходной клеммой 3 и второй выходной клеммой 5. Между первой входной клеммой 2 и первой выходной клеммой 3 включен автоматический выключатель 7. Автоматический выключатель представляет собой, например, устройство с биметаллическим контактом, который при нагревании от варистора разрывает электрическую цепь питания нагрузки. Автоматический выключатель может быть также выполнен и с использованием терморезистора со схемой управления и ключевым элементом.

Между клеммами 3 и 5 параллельно нагрузке 6 подключена цепочка из последовательно соединенных ограничителя напряжения 10 и датчика тока 14, который в данном конкретном случае выполнен с помощью измерительного резистора 14.

В качестве ограничителя напряжения 10 используется полупроводниковый ограничитель напряжения (ПОН) с малым дифференциальным сопротивлением и достаточно высоким быстродействием. ПОН обеспечивает первую ступень защиты нагрузки от высоковольтных импульсов помехи.

Между клеммами 3 и 5 параллельно нагрузке 6 подключена также цепочка из последовательно соединенных варистора 8 и тиристорного ключа 11.

Варистор также является ограничителем напряжения, но, в отличие от ПОН, он имеет меньший порог ограничения напряжения, меньшее быстродействие, но большее дифференциальное сопротивление и обладает большей поглощающей способностью. Варистор является второй ступенью защиты нагрузки от высоковольтного импульса помехи.

Точка соединения 15 ограничителя напряжения 10 и датчика тока 14 подсоединена к схеме управления 13 тиристорным ключом 11. Схема управления 13 тиристорным ключом 1 в предпочтительном варианте выполнения изобретения реализована в виде интегрирующего узла, определяющего количество электричества, протекшее по ограничителю напряжения 10 с момента начала его пробоя, который происходит, если высоковольтный импульс помехи превышает пороговое напряжение пробоя ограничителя напряжения 10. Схема управления может также быть выполнена в виде порогового элемента с интегрирующим узлом (цифрового интегрирующего устройства со схемой сравнения значения на ее выходе с заданным пороговым значением и т.п.).

В предпочтительном варианте выполнения изобретения указанный интегрирующий узел может быть реализован в виде аналоговой схемы - цепочки RC, причем резистор цепочки подключен к точке соединения ПОН и датчика тока, второй вывод резистора цепочки подключен к конденсатору цепочки, второй вывод которого подключен к земле.

Схема управления 13 тиристорным ключом 11 подключена к его управляющему входу 12.

Варистор 8 выполнен так, что он имеет тепловую связь с автоматическим выключателем 7 (на чертеже эта тепловая связь показана штриховой линией).

Устройство защиты радиоэлектронной аппаратуры от высоковольтных импульсных помех работает следующим образом.

В штатном режиме при отсутствии высоковольтных импульсов помех ограничитель напряжения 10 закрыт, ток по датчику тока 14 не протекает, напряжения в точке 15 нет, поэтому схема управления 13 не выдает сигнал на вход управления 12 тиристорного ключа 11, который находится в пассивном состоянии (не зажжен) и ток через себя не пропускает, поэтому автоматический выключатель находится в штатном режиме, открыт, а нагрузка 6 подключена к сети 1 электропитания.

Когда из сети 1 поступает высоковольтный импульс помехи, превышающий заданный предел, ограничитель напряжения 10 пробивается, через него и датчик тока 14 протекает ток, при этом напряжение на нагрузке 6 ограничивается на уровне напряжения пробоя ограничителя напряжения 10 (первая цепь защиты). А в схеме управления 13 начинает работать узел интеграции, который подсчитывает (аналоговым способом) количество электричества, протекшего через ограничитель напряжения 10 с момента его пробоя.

Постепенно, если импульс помехи не кончается, напряжение на управляющем входе 12 тиристорного ключа 11 нарастает и по достижении заданного порогового значения (зависящего от выбранных параметров схемы управления 13) включает тиристорный ключ 11 в режим пропускания тока, причем этот ток проходит через варистор 8, нагревая его. Таким образом включается вторая цепочка защиты на варисторе 8, причем ток, протекавший через ограничитель напряжения 10, теперь идет через варистор 8. Если все же импульс помехи не кончается, то варистор 8 нагревается настолько, что разогревает и выключает автоматический выключатель 7 за счет тепловой связи 9 варистора 8 с автоматическим выключателем 7. При этом нагрузка 6 отключается от сети 1. Механизм выключения автоматического выключателя при нагревании заключается в том, что он отключает напряжение сети от нагрузки и узла защиты, когда температура на варисторе достигает заданного значения.

Итак, при выделении на ограничителе напряжения энергии, которая превышает заданный порог, включается вторая цепь защиты (варистор), а ограничитель напряжения обесточивается. В предложенном устройстве также защищается варистор, так как при его разогреве сверх заданного значения размыкается автоматический выключатель, который отключает устройство защиты и нагрузку от сети электропитания.

Таким образом, предлагаемое устройство защиты при воздействии высоковольтного импульса помехи предохраняет нагрузку, ограничитель напряжения и варистор от повреждения. Расширяются функциональные возможности устройства защиты и повышается надежность работы радиоэлектронного устройства и предлагаемого устройства защиты.

Предлагаемое изобретение может быть реализовано, так как все необходимые элементы и технологии известны и доступны.

1. Устройство защиты радиоэлектронной аппаратуры от высоковольтных импульсных помех, содержащее первую и вторую входные клеммы, первую и вторую выходные клеммы, автоматический выключатель, ограничитель напряжения, датчик тока, тиристорный ключ с управляющим входом, причем сеть электропитания подсоединена к первой и второй входным клеммам, нагрузка подсоединена между выходными первой и второй клеммами, автоматический выключатель подсоединен между первыми входной и выходной клеммами, тиристорный ключ с управляющим входом и цепочка из последовательно соединенных ограничителя напряжения и датчика тока подсоединены между первой и второй выходными клеммами параллельно нагрузке, точка соединения ограничителя напряжения и датчика тока соединена с управляющим входом тиристорного ключа, отличающееся тем, что оно содержит варистор высокой мощности и схему управления тиристорным ключом, автоматический выключатель имеет средство для выключения при нагревании, причем корпус варистора имеет тепловую связь с автоматическим выключателем, варистор включен между первой выходной клеммой и тиристорным ключом, а схема управления тиристором включена между управляющим входом тиристорного ключа и точкой соединения ограничителя напряжения и датчика тока.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что схема управления тиристорным ключом содержит интегрирующий узел, определяющий количество электричества, протекшее по ограничителю напряжения с момента начала его пробоя.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что указанный интегрирующий узел представляет собой RC-цепочку.